煤炭是我国能源安全的重要保障,煤矿智能化发展是必然趋势。综采工作面是煤炭井工开采的最前线,工作面设备数量多、体积大、空间狭小且随工作面推移,环境不断变化,为保证生产的顺利进行需要对工作面环境和设备进行实时巡检。传统人工巡检劳动强度大、危险系数高、巡检过程困难,多发生事故。现有的矿用巡检机器人多在固定的环境中运行,难以适应多变的工作面环境。因此,本文以综采工作面异常状况巡检为应用背景,设计一种适用于井下不同煤层厚度的智能巡检机器人系统,研究其不同工况下的运行状态并实现远程控制,促进煤矿综采工作面的智能化发展。针对煤矿综采工作面环境恶劣、巡检轨迹多变等问题,通过分析研究工作面环境特点和设备运动特征,获得了刮板输送机缆线槽一侧、液压支架顶梁支架下方及液压支架第一级立柱前方等三个动态位置的运行规律,提出将以上三个位置作为巡检机器人轨道安装跨接的巡检机器人布置方案;同时结合工作面巡检需求分析,提出机器人“三测一警”的主要任务与设计要求,确定基于分段柔性轨道的工作面巡检机器人设计方案。针对工作面巡检机器人运行环境多样、运动变形维度多范围大、较难适应等问题,采用模块化的设计方法,完成工作巡检机器人分段柔性轨道系统和机器人本体的结构设计;针对巡检机器人不同的工作面安装位置,提出只更换轨道固连机构不改变分段柔性轨道系统的解决方案,并设计相应的轨道固连机构解决巡检机器人对工作面环境的适应性问题,实现了在不改变原工作面环境的基础上对巡检机器人的安装,降低机器人对原本工作面环境的影响。针对巡检机器人方案可行性及结构稳定性研究,论文以跨座式巡检机器人本体为分析对象,阐述在不同工况下分段柔性轨道系统被动适应环境变化及机器人通过变形连接点的运动机理和过程。通过分析机器人在不同工况下的力学特征,建立机器人导向轮的力矩动力学模型,为巡检机器人的运动控制奠定基础;通过运动学及动力学仿真,对巡检机器人的运行稳定性及结构方案可行性进行仿真验证;最后对巡检机器人轨道及机器人本体的关键部件进行静力学仿真,检验机器人关键部件在外界作用力下的应力及位移变化,优化提高巡检机器人结构的可靠性。论文设计基于LabVIEW开发平台和NIMyRIO嵌入式设备的巡检机器人远程控制系统,该系统由主控制器模块、无线通讯模块、运动控制模块、导航定位模块、电源管理模块、传感信息采集模块及上位机模块等7个子模块构成,并对其中的基础硬件进行选型和计算,实现对巡检机器人的远程控制和数据传输。最后,研制综采工作面巡检机器人物理样机及工作面刮板输送机实验平台,通过实验平台模拟轨道平直、弯曲及倾斜三种不同工况,分析机器人本体在运行过程中X、Y、Z三个方向的振动加速度,检验工作面巡检机器人结构的合理性、可行性及运行的稳定性。研发的工作面巡检机器人系统可以满足工作面巡检运行要求。